Принцип работы металлоискателя

В любительской и профессиональной поисковой практике большое значение придаётся используемому в процессе работы оборудованию, представленному металлоискателем того или иного класса. Всем тем, кто мечтает собрать этот прибор своими руками, будет полезно понять принцип действия металлоискателя, а  также узнать, из каких основных деталей он состоит.

Общий вид

Что такое металлоискатель

Металлоискателем принято называть специальное электронное устройство, посредством которого удаётся находить металлические вещи и изделия, скрытые в непрозрачных средах. Последними могут быть:

• Грунты любого качества и состава;
• Стены зданий и сооружений из материалов различного типа;
• Толща жидких и водных сред, а также тела живых существ и многое другое.

Известно множество разновидностей детекторов металла, различающихся своей конструкцией и методом формирования чувствительного электромагнитного поля. С их помощью удаётся организовать поиск невидимых в грунте изделий из самых различных металлов, включая медь, алюминий и ржавое железо. Для освоения технических приёмов обращения с этим прибором, в первую очередь, необходимо ознакомиться с его устройством и понять принцип работы металлоискателей.

Комплектующие изделия и их назначение

Для того чтобы понять, как работают металлоискатели, прежде всего, следует ознакомиться с теми узлами и деталями, которые обеспечивают их работоспособность.

Классические приборы для поиска металлоизделий включают в свой состав следующие основные узлы:

• Электронная схема с чувствительными индуктивными датчиками (катушками);
• Ручка-держатель, состоящая из комплекта штанг, на одной из которых монтируется чувствительный датчик в виде рамки;
• Блок управления с усилительным модулем и элементами индикации (формирования звукового сигнала), крепящийся на ответном конце держателя.

Основные узлы

Рассмотрим каждую из перечисленных выше составляющих более подробно.

Электронный чувствительный контур

Эта часть металлодетектора состоит из двух типов катушек, используемых в качестве чувствительных датчиков: приёмной и передающей. Она выполняется в виде пластиковой конструкции, по своей форме напоминающей эллипс или овал, соединяющийся с помощью сигнального кабеля непосредственно с блоком управления.

Крепление контура на корпусе штанги осуществляется посредством проушин, по своему виду напоминающих хомуты с фиксирующими болтами. Во избежание попадания внутрь катушек влаги и грязи они (как и их сочленение с кабелем) делаются полностью герметичными.

Набор штанг

Штанги держателя изготавливаются из металлических или пластиковых пустотелых трубок, предназначенных для крепления поисковой катушки с возможностью регулировки угла наклона по отношению к исследуемой поверхности. На нижней штанге имеется специальный механизм, позволяющий регулировать положение пульта по высоте (за счёт изменения длины перекрытия со средней трубкой).

Средняя штанга играет роль промежуточного звена, связывающего две крайние части ручки-держателя. Она обеспечивает стыковку нижней трубы с поисковой рамкой и верхнего участка трубы с закреплённым на ней управляющим блоком. В некоторых моделях металлоискателей применяется держатель, в комплект которого входят только две штанги.

Верхняя часть изделия для удобства переноски и обращения с прибором иногда выполняется в виде изогнутого в форме S держателя, используемого в качестве удобного подлокотника.

Набор штанг

Управляющий узел

Эта часть металлоискателя располагается в непосредственной близости от оператора и содержит модуль, обеспечивающий работу всего устройства в целом. С его помощью осуществляется функциональная обработка поступающих с датчиков сигналов, а также их вывод на специальный дисплей.

В большинстве современных изделий в этом же модуле находится батарейный отсек с размещёнными в нём элементами питания.

Типы металлоискателей, принцип работы

Все известные образцы металлодетекторов по особенностям устройства электронного чувствительного датчика подразделяются на следующие типы:

• Детекторы, работающие по схеме «приём-передача»;
• Устройства индукционного типа;
• Приборы с импульсной обработкой полезной информации.

Большинство известных моделей детекторов, относящихся к изделиям средней ценовой категории, – это приборы, работающие по схеме «приём-передача». Принцип действия их поисковых устройств основан на генерации и приёме электромагнитного излучения определённой частоты. Основа чувствительной рамки такого прибора – две индуктивные катушки, одна из которых является передающей, а другая – приёмной (она же называется поисковой).

Первая из них излучает э/м волны, пронизывающие нейтральную среду и отражающиеся от появляющихся на пути распространения металлических предметов. Чувствительная поисковая (приёмная) катушка улавливает отражённый сигнал, который затем усиливается и подаётся на исполнительную часть схемы. Размещённый в пульте управления модуль преобразует поступивший сигнал и выводит результаты измерений на ж/к дисплей.

Пульт управления

Принцип действия устройств с детектором индукционного типа схож с уже описанным выше алгоритмом, но имеет одно существенное отличие от него. Оно заключается в том, что в этом случае функцию приёмного и передающего контура выполняет одна и та же катушка.

Именно по этой причине устройства такого типа перед началом работы тщательно настраиваются путём выбора режима измерений с поправкой на качество исследуемого участка почвы.

В отличие от рассмотренных ранее образцов, импульсные металлоискатели не столь чувствительны к составу (минерализации) самого грунта. В основу конструкции поисковой рамки заложен тот же принцип, что и в индуктивной катушке. Однако в этом случае с её помощью вырабатываются импульсные воздействия, создающие на поверхностях изделий из металла так называемые «вихревые токи».

Именно эти электромагнитные образования являются откликом для приёмной катушки, улавливающей отражённый сигнал.

Образец прибора

Таким образом, по используемому в чувствительном датчике принципу обнаружения металлов все известные виды детекторов могут заметно отличаться один от другого. При выборе подходящего для решения конкретных задач изделия обязательно нужно учитывать эти различия.

Подготовка к работе (отстройка)

Основным моментом подготовки любого прибора к работе является так называемая «отстройка от земли», позволяющая поддерживать чувствительность прибора на нужном уровне (независимо от состояния и качества грунта). Такая процедура обязательна для моделей с аналоговыми характеристиками поискового сигнала, работающими по схеме «приём-передача». Для импульсных устройств она имеет определённую специфику, связанную с выбором способа отстройки.

Необходимость в её проведении объяснятся особенностями исследуемых грунтов, которые в подавляющем большинстве случаев являются железосодержащими, то есть вызывающими реакцию прибора. В связи с этим отражённый от таких почв сигнал может иметь амплитуду в сотни раз большую полезного импульса, так что обнаружить металл в обычном режиме практически невозможно.

Для устранения этого эффекта разработчиками используется фазовая составляющая, которая не меняется в процессе проведения писка (сдвиг фаз всегда остаётся постоянным). При правильной её отстройке можно добиться состояния, при котором никакие манипуляции с индуктивной рамкой, включая её подъём и опускание, не вызовут изменения показаний на пульте прибора. О таком детекторе металлов можно будет сказать, что он хорошо отстроен от земли.

Отстройка от грунта

По способу проведения этой операции все известные образцы детекторов делятся на модели с ручной и автоматической отстройкой.

Ручная

Большинство импульсных поисковых приборов имеет встроенную систему ручной отстройки по грунту. Это значит, что при выборе режима работы оператор должен самостоятельно вращать специальную ручку до появления в наушниках характерного щелчка или зуммера. Пользоваться ручным режимом очень сложно, если постоянная времени интегратора (ПВИ) электронной схемы очень мала, вследствие чего во многих цифровых устройствах он намеренно увеличивается.

Не возникает проблем с выбором требуемого режима в ситуациях, когда импульсный принцип используется в условиях подводного поиска, так как быстро перемещать катушку в плотной среде невозможно физически. Примерно тот же эффект, но с небольшой поправкой на чувствительность, наблюдается при работах, проводимых в прибрежной зоне.

Автоматическая

Этот вид отстройки чувствительности аппарата даёт определённые преимущества в ситуациях, когда поиск осуществляется на морском берегу или почве с большой концентрацией солей. Он позволяет эксплуатировать детектор на максимальном пределе его чувствительности без необходимости её корректировки.

Использование автоматического режима способствует повышению стабильности работы устройства и улучшает его помехозащищенность (за счёт больших значений коэффициента усиления, встроенного в схему операционного усилителя). Для того чтобы при обращении с таким металлоискателем не наблюдалось сбоев настройки, следует перемещать его рамку без задержек, то есть непрерывно.

В завершении обзора несколько слов о применении устройств с импульсным методом формирования поискового сигнала. Многие относят эти приборы к поисковому инструменту с ограниченными возможностями, поскольку они не годятся для работы в городских условиях (из-за больших количеств содержащего железо мусора). Основная сфера их применения – это поиски археологических артефактов в загородных условиях, характеризующихся отсутствием больших скоплений ферромагнитных составляющих.

Видео